[發明專利]用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的電磁式力促動器

有效

• 申請號: 201310067395.2
• 申請日: 2013-03-04
• 公開（公告）號: CN103178685A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 牛冬生
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家天文臺南京天文光學技術研究所
• 主分類號: H02K33/18
• 分類號: H02K33/18;G02B23/02;G02B26/08
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術領域

本發明是一種精確的力輸出裝置，具體涉及一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的電磁式力促動器。這種電磁式力促動器主要應用于天文望遠鏡主動光學鏡面支撐技術中。對薄鏡面或輕量化鏡面進行軸向支撐，對鏡面面型的主動光學校正及位置調整，亦可應用于液晶面板的切割等對輸出力的精度要求較高場合。

背景技術

主動光學技術主要是對望遠鏡鏡面在制造、安裝、重力場、以及溫度梯度等引起的鏡面面形誤差進行校正。近二十年來，主動光學技術已經廣泛應用于地面望遠鏡。主動光學支撐系統是目前大口徑望遠鏡設計的關鍵技術之一。而作為天文望遠鏡主動光學支撐系統設計的最重要部件—力促動器，一直以來都是研究的重點之一。目前，我國對于天文望遠鏡主動光學研究采用的力促動器主要兩種形式：電動機械式、壓電式。而氣動式力促動器也在積極的研究中，電動機械式力促動器主要由步進電機與滾珠絲桿的組合實現線性位移，通過壓縮彈簧或密封的波紋管結構實現力的精確輸出，其機械結構較復雜，受機械慣性和驅動電機的影響，工作頻率一般很難達到1Hz以上，在低溫環境使用時，對其傳動系統機械部件潤滑提出更高的要求，其可靠性將嚴重下降。對于空間望遠鏡主動光學用力傳感器，受到發射條件的限制，要求其重量盡可能的輕，因此，電動機械式的力傳感器在空間的應用受到一定的制約。壓電式的力促動器主要是利用在某些電介質的逆壓電效應，即在電介質極化方向上施加電場，這些電介質會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，或稱為電致伸縮現象，雖具有精度高、頻率高的優點，但是難以克服高發熱和低行程的缺點，對于能耗受到限制的南極或空間等環境，其應用也受到嚴重的限制。而氣動式力促動器雖然具有響應頻率高、精度高、能耗低，行程大等優點，并能實現在南極低溫環境下進行使用，但是對于空間真空環境，氣動式力促動器根本無法工作。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的電磁式力促動器。對于天文望遠鏡鏡面主動光學支撐系統的設計，為了避免因采用電動機械式力促動器而出現的復雜機械結構，同時提高促動器輸出力的響應頻率，并盡可能的降低促動器的能耗和重量、提高力促動器的行程，并能實現在空間環境使用。本發明的電磁式力促動器可以實現響應快，行程大，控制精度高等特點，同時還具有能耗低、耐低溫等特性，且不受空間真空和低溫環境的限制。此形式的力促動器方案對環境的要求極低，不僅能滿足普通地面望遠鏡主動光學的使用要求，對于南極甚至是空間環境也能無疑也是一個理想的選擇。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的電磁式力促動器，該力促動器的一端通過力傳感器與被支撐的鏡面相連，另一端固定于鏡室，其特征在于：所述力促動器的力輸出端設在該力促動器中心的軸上；該力促動器中心軸上設有兩個強磁永磁體；繞線線圈固定在力促動器殼體上；所述力傳感器的輸出接控制系統，該控制系統接所述的繞線線圈。

工作時，所述的力傳感器輸出信號反饋至控制系統，控制系統根據力的反饋值控制繞線線圈的電壓大小和方向，從而實現力的精確輸出。

本發明用于天文望遠鏡鏡面主動支撐的電磁式力促動器關鍵技術，是利用磁場間的作用實現對鏡面的支撐。利用通電繞線線圈與永磁體之間的相互作用力，從而實現力促動器對鏡面的推力或拉力。

本發明天文望遠鏡主動光學用鏡面支撐的電磁式力促動器方案有以下優化方案：

1、所述力“該力促動器中心軸上設有兩個強磁永磁體；帶鐵芯的繞線線圈固定在力促動器殼體上”，是采用以下方式設置：促動器中心軸設置在繞線線圈的軸線上；該促動器中心軸的兩端各固定一塊強磁永磁體；兩永磁體同極相向而置；中心軸的一端與力傳感器相連。

2、所述“該力促動器的一端通過力傳感器與被支撐的鏡面相連”，采用以下方式：被支撐的鏡面上固定有磁性材料的鏡面支撐墊；力傳感器與該鏡面支撐墊之間設有一塊強磁永磁體。所述力促動器與鏡面的連接采用一強磁永磁體，這樣便可方便力促動器安裝，同時避免了力促動器對鏡面的徑向作用力。

3、所述力傳感器與所述控制系統之間，設有信號放大器。

4、所述的繞線線圈內部設有鐵芯。

本發明的特點是：

所述的鏡面主動支撐采用的力促動器為電磁式；

所述的力促動器通過電磁場與永磁體磁場間的相互作用，實現力的輸出；

所述的力促動器通過調整線圈的通電電壓的大小和方向，控制促動器輸出力的大小和方向；